艦載導彈武器全壽命期環境剖面確定方法

蔡健平,張萌,趙婉

(中國航天標準化研究所,北京100071)

技術專論

艦載導彈武器全壽命期環境剖面確定方法

蔡健平,張萌,趙婉

(中國航天標準化研究所,北京100071)

目的確定艦載導彈武器全壽命期環境剖面。方法對一般艦載導彈武器型號在壽命剖面內所經歷的環境事件進行分析,提出艦載導彈武器型號環境剖面構建技術。結果以典型艦載導彈武器型號為示例,證實了該技術可以構建其環境剖面,并明確了艦載導彈武器型號環境條件。結論環境剖面構建技術可為改善環境適應性設計,開展環境試驗,提高艦載導彈武器的艦載環境適應能力提供依據。

艦載導彈武器;全壽命期環境剖面;環境條件

艦載導彈武器型號將長期承受海洋溫度、濕度、鹽霧、霉菌、輻射、腐蝕和沖擊等各種惡劣海洋環境的影響。海洋環境對艦載武器裝備具有很大的危害性,主要體現在經濟損失、裝備失效和軍事失利等多個方面。另外,現代戰爭是現代化、全天候、全方位的復雜環境條件下的戰爭,這都對艦載武器裝備的海洋環境適應性提出了很高的要求。

通過調研導彈實際使用情況,發現部分導彈在服役幾年就發生了各種嚴重故障,造成了極大的影響。例如筒彈的密封筒剝裂、整彈的銹蝕、密封容器的積水等問題,已經直接影響到導彈武器壽命。分析其問題出現的原因,很多情況下是由于材料、防護工藝及結構設計不當所造成。進一步追查其深層次原因,主要是由于產品設計時,環境條件的要求不明確,甚至出現海洋環境型號產品仍按內陸使用產品環境要求設計的情況。

艦載導彈武器型號海洋環境剖面是指艦載導彈武器型號在壽命期內各種事件和對應的環境因素的時序及時間頻度的描述,它是產品耐環境設計的前提和基礎。因此,急需針對艦載導彈武器型號進行環境剖面研究,并進一步明確其環境要求,通過設計來減緩或消除環境對產品性能的影響。文中以典型艦載導彈武器型號為示例,研究了艦載導彈武器型號環境剖面的構建方法,為艦載導彈武器型號產品環境適應性設計和開展環境試驗工作提供技術支持,進而為提高艦載導彈武器型號環境適應性奠定基礎。

1 艦載導彈武器型號壽命期剖面和環境剖面

根據GJB 4239中的定義[1],產品自出廠到退役(包括報廢)的過程中有關事件和條件的時間歷程稱為壽命期剖面。產品的壽命期應包括產品一生中將遇到的各個階段,比如使用前的包裝、裝卸、運輸和貯存;使用中的任務剖面;各任務之間的階段如備份或貯存,出入修理站和換防;以及預期部署的各地理位置等。艦載導彈武器典型的壽命期剖面如圖1所示。

圖1 艦載導彈武器典型的壽命期剖面Fig.1 Typical life cycle profile of shipboard missile

2 環境條件分析方法

在艦載導彈武器的壽命期剖面中,導彈武器將經歷一系列的環境事件,把壽命期剖面對應的環境種類、量值和持續時間按其時序的進行描述,就得到了壽命期環境剖面(簡稱LCEP)[2]。為了得到壽命期環境剖面,需要對壽命期環境事件中的環境條件進行分析[3]。導彈產品壽命期環境剖面中環境條件的分析方法如圖2所示。

構建環境剖面時,不但需要確定剖面中的自然環境條件和誘發環境條件,還要確定其持續時間,主要采用下列途徑進行分析。

1)研制文件分析。一般情況下,研制文件中包含了一些導彈壽命期及其環境條件的信息,有些數據可以在環境剖面中應用。另外研制文件中還包含了一些隱含的信息,這些信息為進一步細化環境剖面提供了線索。例如為了獲得環境因素的持續時間,就有必要對研制文件中關于任務的描述進行分析。

圖2 艦載導彈武器環境剖面中的環境條件分析Fig.2 Environmental condition analysis of life cycle environmental profile for shipboard missile

2)相似環境分析。在壽命期環境剖面中,環境因素(應力)一般可以通過分析得到,但環境因素的具體數據一般情況下很難直接獲得。當研制文件未提供數據,而實測又不可行時,可以在環境剖面中采用相近的環境數據。相近環境數據既可以來源于過去類似型號得到得數據,也可以直接采用自然或者誘發環境條件相似的數據。

3)文獻數據分析。如果缺少實測和相似環境數據,也可以搜集相關標準文獻的歷史數據,將其作為環境剖面中的數據。一般在沒有特殊要求的、合理的情況下,可大量采用文獻中的數據。

4)實測數據。對與型號服役過程密切相關的一些特殊要求的環境條件,必要時需要進行一定的實測,獲取實際的數據。

3 環境剖面構建示例

這里以典型艦載導彈型號的環境剖面構建過程作為示例,由于使用階段中的準備、發射和飛行階段的環境條件與具體型號密切相關,為通用起見,這里不對使用階段中的準備、發射和飛行階段的環境條件進行分析。

3.1 持續時間分析

一般艦載導彈型號壽命期剖面包括了運輸階段、貯存后勤階段和使用階段,各事件(使用方法)持續時間見表1。

3.2 環境分析

根據典型導彈武器的全壽命期剖面的分析,導彈武器在全壽命期剖面中環境事件主要有:運輸/裝卸、庫房貯存、艦載貯存環境事件,可以對這三個環境事件中的環境條件分別分析。

表1 艦載導彈武器壽命期各階段持續時間Table 1 Stage duration of life cycle profile for shipboard missile

3.2.1運輸階段環境分析

運輸階段的環境因素主要包括了自然環境因素和誘導環境因素,如沒有特殊要求,可根據國軍標的規定確定自然環境因素[4]。陸地運輸的自然環境條件主要包括低溫、高溫、溫度沖擊、濕熱、低氣壓、太陽輻射、降雨強度、風速等,所采用的量值要求見表2。

表2 陸地運輸環境自然環境條件Table 2 Natural environmental condition for land transportation

此外國軍標中還規定陸地運輸中誘發環境因素[4],主要包括隨機振動的力學環境。采用汽車運輸導彈,振動將傳給導彈。汽車的振動是由路面粗糙或不平以及由汽車動力傳輸旋轉不平衡造成的。振動的幅值取決于所用汽車的類型、汽車裝載情況和駕駛員的技術。參照GJB 540.3—1988[5],汽車運輸典型的振動包絡線如圖3所示。可以看出粗糙道路加速度最高可達2g,出現在2～20 Hz頻率范圍,而平坦道路最高加速度達0.3g,出現在4 Hz頻率左右,總體來看,粗糙道路的加速度比平坦道路高出近1個數量級。因此需要根據導彈武器型號運輸的具體路況選擇適當的振動包絡線。

圖3 汽車典型振動包絡線Fig.3 Typical vibration inclusive curve for vehicles

3.2.2貯存后勤階段環境分析

貯存后勤階段環境大部分時間屬于庫房貯存環境,由GJB 2770—1996可知[6],導彈、雷達及電子設備庫房貯存環境等級為Ⅰ～Ⅱ級,其環境相對溫和,且量值可控,環境因素量值見表3。

表3 導彈貯存環境條件Table 3 Storage environmental conditions for missile

3.2.3使用階段環境分析

艦載導彈武器型號使用階段的環境主要考慮導彈隨艦值班時所遇的艦載海洋環境因素,主要包括自然環境因素和誘導環境因素。自然環境因素主要分為艦面及艙內環境因素,其中艦面自然環境因素量值的確定可依據相似環境分析法,采用海洋環境平臺戶外試驗站實測相關數據進行替代。艙內環境因素量值則可參考GJB 1060—1991中相關規定的數值[7]。經分析可得出艦面及艙內貯存氣候環境主要環境參數極值,見表4。

表4 艦面及艙內貯存氣候環境主要環境參數項目Table 4 Environmental factors of storage climate in shipboard and deckhouse

此外,導彈艦載環境中另一個重要因素為誘導環境因素,主要包括振動、沖擊和傾斜搖擺環境因素等。

其中導彈在艦面環境中,受到的振動搖擺環境是由艦船設備和船對海浪的響應造成。其振動環境幅值取決于船舶類型、緊急制動力的大小和船舶航行中的最大海浪高度,船艙地板振動的典型包絡線如圖4所示。可以看出,在有浪海面和平靜海面最大振動加速度相差近1個數量級,有浪海面最大振動加速度接近于1.0g,而平靜海面最大振動加速度約為0.1g。

圖4 艦船振動包絡線Fig.4 Typical vibration inclusive curve for ship

艦面的沖擊環境主要由水雷和炸彈在水中的非接觸爆炸、水雷和炸彈與船體的接觸爆炸、航彈空中爆炸和發射沖擊、艦載機起飛和著艦而產生。按照GJB 440.2《艦船設備環境參數分類及其嚴酷等級機械》,艦船的沖擊環境一般采用半正弦波。

艦面傾斜和搖擺環境則可按照GJB 440.2《艦船設備環境參數分類及其嚴酷等級機械》中規定確定。采用橫傾、縱傾、橫搖的極值,以及橫搖周期、縱搖周期等參數。

3.3 環境剖面的構建

綜合上述環境因素的分析,得到典型導彈武器壽命期環境剖面及其環境因素的相關數據見表5。

表5 典型導彈武器壽命期環境剖面Table 5 Life cycle environmental profile for typical shipboard missile

4 結語

導彈武器型號的環境剖面闡明了導彈從出廠一直到壽命終結(報廢或退出現役)為止所經歷的與使用、貯存有關的各種事件和環境條件,它涉及環境類別、環境要素、環境量值、時序等。一個完整、精確的環境剖面,可明確環境要求,也可幫助研制人員制定出科學合理的環境試驗與評估計劃,從而確保設計出來的裝備可以經受住全壽命期中可能遭遇到的所有環境考驗,從而達到作戰要求的戰備完好性和任務成功性。

分析了一般艦載導彈武器型號在壽命剖面內所經歷的環境事件,提出了艦載導彈武器型號環境條件分析方法,以典型艦載導彈武器型號為示例,構建了其環境剖面,并明確了艦載導彈武器型號環境條件。

[1] GJB 4239—2001,裝備環境工程通用要求[S]. GJB 4239—2001,General Requirement of Materiel Environmental Engineering[S].

[2] MIL-STD-810F,環境工程考慮和實驗室試驗(譯文) [S]. MIL-STD-810F,Consideration of Environmental Engineering and Laboratory Test[S].

[3] 傅耘,祝耀昌,陳丹明.裝備環境要求及其確定方法裝備環境工程[J].2008,5(6):46—51. FU Yun,ZHU Yao-chang,CHEN Dan-ming.Environmental Requirement of Materiel and Its Determination[J].E-quipment Environmental Engineering,2008,5(6):46—51.

[4] GJB 3493—1998,軍用物資運輸環境條件[S]. GJB 3493—1998,Environment Condition of Transportation for Military Materiel[S].

[5] GJB 540.3—1988,飛航導彈強度和剛度規范 運輸裝卸載荷[S]. GJB 540.3—1988,Standard of Strength and Rigidity for Winged Missile,Load of Transportation and Handling [S].

[6] GJB 2770—1996,軍用物資貯存環境條件[S]. GJB 2770—1996,Storage Environment Condition for Military Supplies[S].

[7] GJB 1060—1991,艦船環境條件要求[S].GJB 1060—1991,Environment Condition Requirement for Ships[S].

Determination Method of Life Cycle Environmental Profile for Shipboard Missile Materiel

CAI Jian-ping,ZHANG Meng,ZHAO Wan
(China Institute of Astronautics Standardization,Beijing 10071,China)

Objective To determine the environmental profile for shipboard missile materiel.Methods The environmental events of general shipboard missile life cycle profile were analyzed,and the construction method of life cycle environmental profile for shipboard missile was suggested.Results The results showed that the life cycle environmental profile for the typical shipboard missile could be constructed,and the environmental conditions of shipboard missile were determined. Conclusion The construction method of life cycle environmental profile could be used as reference for supporting design, instructing environmental tests and improving shipboard missile environmental worthiness.

shipboard missile materiel;life cycle environmental profile;environmental conditions

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.018

TB114.3;X820.3

:A

1672-9242(2014)05-0092-05

2014-08-13;

2014-08-29

Received:2014-08-13;Revised:2014-08-29

國防科工局技術基礎項目

Fund:Supported by the Technology Base Funding from State Administration of Science,Technology and Industry for National Defense.

蔡健平(1969—),男,山西蒲縣人,博士,高級工程師,主要研究方向為導彈武器產品環境適應性、環境試驗、表面工程等。

Biography:CAI Jian-ping(1969—),Male,from Puxian,Shanxi,Ph.D.,Senior engineering.Research focus:environmental worthiness of missile materiel,environmental test,and surface engineering.